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电容决定式的推导过程(电容器动态分析问题)

时间:2024-08-08 08:01:53

电容器,是“装电的容器”,类似“水桶”,是一种容纳电荷的电子元件。高中讲的是平行板电容器,分析电容器问题时常用到平行板电容器的三个公式:

1.C=Q/U(定义式)

2.C=ξᵣS/4πkd(决定式)

2.E=U/d(电场强度)

推导公式:E=4πkQ/ξᵣS(与板距d无关)

一.电量不变

电容器充电后与电源断开时,电容器所带电荷量Q保持不变.(因为电子无路可走)

例:用控制变量法,可以研究影响平行板电容器电容的因素。设两极板正对面积为S,极板间的距离为d,静电计指针偏角为θ。实验中,极板所带电荷量不变,若()。

A.保持S不变,增大d,则θ变大

B.保持S不变,增大d,则θ变小

C.保持d不变,减小S,则θ变小

D.保持d不变,减小S,则θ不变

例:一平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地,在两极板间有一正电荷(电量很小)固定在P点,如图所示,

以E表示两极板间的场强,U表示电容器的电压,W表示正电荷在P点的电势能。若保持负极板不动,将正极板移到图中虚线所示的位置,则(AC)

A.U变小,E不变 B.E变大,W变大

C.U变小,W不变 D.U不变,W不变

【变式】上板接地,情况有什么不同?

二.电压不变

与电源连接,电压保持不变。

例:两块大小、形状完全相同的金属板平行放置,构成一平行板电容器,与它相连的电路如图1所示。接通开关S,电源即给电容器充电,下列选项中正确的是( )

A.保持S接通,减小两极板间的距离,则两极板间的电场强度减小;

B.保持S接通,在两极板间插入一块介质,则极板上的电量增大;

C.断开S,减小两极板间的距离,则两极板间的电势差减小;

D.断开S,在两极板间插入一块介质,则两极板间的电势差增大。例:如图所示,

平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接,下极板接地。一带电油滴位于容器中的P点且恰好处于平衡状态。现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离(B)


A.带电油滴将沿竖直方向向上运动


B.P点的电势将降低


C.带电油滴的电势能将减少


D.电容器的电容减小,极板带电量将增大

【变式】上板接地,情况有什么不同?

三.插入金属板(相当板距减小)

例:如图所示,

一平行板电容器的两极板与一电压恒定的电源相连,极板水平放置,极板间距为d,在下极板上叠放一厚度为l的金属板,其上部空间有一带电粒子P静止在电容器中,当把金属板从电容器中快速抽出后,粒子P开始运动,重力加速度为g。粒子运动加速度为?

例:如图所示,

把一个平行板电容器接在电压U=10V的电源上,现进行下列四步动作:①合上开关S;②在两板中央插入厚度为d/2的金属板;③打开开关S;④抽出金属板。则此时电容器两板间电势差为()。

A.0

B.10V

C.5V

D.20V

四.与二极管连接(只允许充电,不许放电,或者反之)

例:如图所示,

平行板电容器AB两极板水平放置,A在上方,B在下方,现将其和二极管串联接在电源上,已知A和电源正极相连,二极管具有单向导电性,一带电小球沿AB 中心水平射入,打在B极板上的N点,小球的重力不能忽略,现通过上下移动A板来改变两极板AB间距(两极板仍平行),则下列说法正确的是( )

A.若小球带正电,当A B间距增大时,小球打在N的右侧

B.若小球带正电,当A B间距减小时,小球打在N的左侧

C.若小球带负电,当A B间距减小时,小球可能打在N的右侧

D.若小球带负电,当A B间距增大时,小球可能打在N的左侧

五.电容器的串并联

例:如图所示,

两平行板电容器的上极板(均带正电)通过导线相连,下极板均接地,平行板电容器A中静止一带电油滴,下列说法正确的是(AC)

A.将平行板电容器A两极板错开一些,油滴将向上运动

B.将平行板电容器A两极板错开一些,电容器B上的电荷量不变

C.增大平行板电容器A两极板间的距离,电容器B两极板间的电势差增大

D.减小平行板电容器A两极板间的距离,油滴将向下运动


电容器串联:各电容器的电量相等,总电容1/C=1/C₁+1/C₂+……

电容器并联:各电容器的电压相等,总电容C=C₁+C₂+……

例:如图所示,

的两个平行板电容器水平放置,A板用导线与M板相连,B板和N板都接地.让A板带电后,在两个电容器间分别有P、Q两个带电油滴都处于静止状态.AB间电容为C1,电压为U1,带电量为Q1,MN间电容为C2,电压为U2,带电量为Q2若将B板稍向下移,下列说法正确的是()

A.P向下动,Q向上动

B.U1减小,U2增大

C.Q1减小,Q2增大

D.C1减小,C2增大